通过上一期文章（IPv6基础篇（上）——地址与报文格式），相信大家对于IPv6的背景、地址和报文格式有了一定了解,接下来大家可能对于终端访问IPv6网络资源的过程原理更感兴趣。那么一个终端如果要访问IPv6的资源，关键的步骤是什么呢？当然是它需要一个IPv6的地址。那么这个地址又从何而来？是不是只能像IPv4一样手动配置或者通过DHCP服务器下发？ 其实不然，IPv6有更加简洁的地址分配方式，可以通过邻居发现协议实现IPv6地址的自动分配。并且IPv6邻居发现协议远不止这一项功能，这一期将对IPv6邻居发现协议做展开讲解。
NDP协议概述
NDP（Neighbor Discovery Protocol，邻居发现协议）是IPv6协议体系中一个重要的基础协议。通过使用ICMPv6报文实现以下丰富的功能：
? 无状态自动配置（简化版的DHCP）：路由器发现、前缀发现、参数发现； ? 重复地址检测（DAD），相当于IPv4的免费ARP； ? 地址解析，相当于IPv4的ARP； ? 邻居不可达检测（NUD）； ?路由器重定向。
为NDP定义的ICMPv6消息
ICMPv6（Internet Control Message Protocol Version 6，互联网控制报文协议版本6）是IPv6的基础协议之一。ICMPv6的协议类型号（IPv6报文中的Next Header字段的值）为58。ICMPv6的报文格式图1所示：
▲图1:ICMPv6报文格式
报文中字段解释如下：
? Type：表明消息的类型，0至127表示差错报文类型，128至255表示消息报文类型； ? Code：表示此消息类型细分的类型；
? Checksum：表示ICMPv6报文的校验和，校验的部分包括了ICMPv6数据和IPv6的报头部分（IPv6报头不含校验）；
? Data：ICMPv6数据。
ICMPv6消息类型中有5种是为了支持邻居发现协议而定义的，功能如图2描述：
▲图2: ICMPv6五种消息类型
无状态自动配置
IPv6地址配置方式
IPv6地址有128位，即使有简化书写的方式，为主机配置IPv6地址也是一件工作量不小的活儿。IPv6地址除了手工配置外，还能够自动配置，自动配置有两种方式：
? 有状态自动配置
主机通过配置协议（如DHCPv6）获取IPv6地址以及其他信息（如DNS）。状态化自动配置相比于手工配置工作效率要高得多，而相比于无状态自动配置来说更加可控，能够更加清晰地了解到主机及地址分配的相关信息。短板是需要额外部署应用服务器，如DHCPv6 Server。
? 无状态自动配置
相比于前者，无状态地址自动配置则显得更加便捷，IPv6终端使用无状态自动配置能够做到即插即用，无需部署额外的应用服务器、无需使用DHCPv6。在IPv6路由器与IPv6主机之间，利用ICMPv6协议中的路由器请求消息RS（Router Solicitation）和路由器通告RA（Router Advertisement）消息来完成无状态自动配置过程。主机通过RS消息发现链路上的IPv6路由器，而IPv6路由器通过RA消息向主机通告IPv6地址前缀信息，主机在收到IPv6前缀信息后，与自己的网卡接口ID一起构成128位的IPv6全局单播地址。
路由器通告消息 ? RA报文
每台路由器以组播方式定时发送RA报文，用于在二层网络中通告自己的存在。RA报文中会带有网络前缀信息，及另外的一些标志位信息。RA报文的Type字段值为134。
? RS报文
主机接入网络后希望尽快获取网络前缀进行通信，那么此时主机可以立刻发送RS报文，网络上的路由器将回应RA报文。RS报文的Tpye字段值为133。
RA报文详解如图3所示：
▲图3:RA报文详解
RA报文中重要字段的解释：
? Managed Address Configuration（M比特）：默认为0。该标记指示主机该使用何种自动配置方式来获取IPv6单播地址。当M比特被设置为1时，收到该RA消息的主机将使用有状态配置协议（DHCPv6）来获取IPv6地址。
? Other Configuration（O比特）：默认为0。该标记指示主机使用何种方式来配置除了IPv6地址外的其他配置信息（如DNS）。当O比特被设置为1，则收到该RA消息的主机将使用配置协议（DHCPv6）来获取除了IPv6地址以外的其他配置信息。
通过M和O比特位的组合，我们可以更清楚地看到终端获取地址和其他配置信息的方式。下面是关于M及O比特的组合：
? M=0，O=0
应用于没有DHCPv6服务器的环境。主机使用RA消息中的前缀构造IPv6单播地址，同时使用其他方法（非DHCPv6），例如手工配置的方法设置其他配置信息（如DNS）。
? M=1，O=1
主机使用DHCPv6来配置IPv6单播地址以及其他配置信息。这种应用也称为DHCPv6 Stateful。 ? M=0，O=1
主机使用RA消息获得的IPv6前缀构造IPv6地址，同时使用DHCPv6来获取除了地址之外的其他配置信息。这种应用也被称为DHCPv6 Stateless。
? M=1，O=0
主机仅仅使用DHCPv6来获取IPv6地址，至于其他配置信息则并不通过DHCPv6获得。
无状态自动配置过程
IPv6主机无状态自动配置的过程如图4所示：
▲图4: IPv6主机无状态自动配置的过程
1、根据接口标识产生链路本地地址。 2、发出邻居请求，进行重复地址检测。
3、如果检测到此链路本地地址已在链路中使用，即地址冲突，则停止自动配置，需要手工配置。 4、如不冲突，链路本地地址生效，节点具备本地链路通信能力。 5、主机发送RS报文（或接收到路由器定期发送的RA报文）。
6、根据RA报文中的前缀信息和通过EUI-64规范生成的接口标识获得IPv6全局单播地址。
重复地址检测DAD
基本概念
DAD（Duplicate Address Detect，重复地址检测）是在接口使用某个IPv6单播地址之前进行的，主要是为了探测是否有其它的节点使用了该地址。所有的IPv6单播地址，包括自动配置和手动配置的单播地址，在节点使用之前都要通过重复地址检测。
一个IPv6单播地址在分配给一个接口之后且通过重复地址检测之前，称为试验地址（Tentative Address）。此时该接口不能使用这个试验地址进行单播通信，但是仍然会加入两个组播组：All-Nodes组播
组和试验地址所对应的Solicited-Node组播组。
IPv6重复地址检测技术和IPv4中的免费ARP类似：节点向试验地址所对应的Solicited-Node组播组发送NS报文。NS报文中目的地址即为该试验地址。如果收到某个其他站点回应的NA报文，就证明该地址已被网络上使用，节点将不能使用该试验地址通讯。
重复地址检测过程
IPv6主机重复地址检测的过程如图5所示：
▲图5: IPv6主机重复地址检测的过程
PC A的IPv6地址2000::1为新配置地址，即2000::1为PC A的试验地址。PC A向2000::1的Solicited-Node组播地址FF02::1:FF00:1发送一个以2000::1为请求的目标地址的NS报文进行重复地址检测，由于2000::1并未正式指定，所以NS报文的源地址为未指定地址。当PC B收到该NS报文后，有两种处理方法：
? 如果PC B发现2000::1是自身的一个试验地址，则PC B放弃使用这个地址作为接口地址，并且不会发送NA报文。
? 如果PC B发现2000::1是一个已经正常使用的地址，PC B会向FF02::1发送一个NA报文，该消息中会包含2000::1。这样，PC A收到这个消息后就会发现自身的试验地址是重复的，从而弃用该地址。
地址解析
替代IPv4的ARP
在IPv4中，当主机需要和目标主机通信时，需要先通过ARP协议获得目的主机的MAC地址。在IPv6中，同样需要从IP地址解析到MAC地址的功能，邻居发现协议实现了这个功能。
技术盛宴丨IPv6系列基础篇（下） - 邻居发现协议NDP - 图文
